538-C++继承多态笔试题实战

怼烎@ 2022-09-11 01:14 150阅读 0赞

## 第一题 ##

class Animal
    {
        
    public:
    	Animal(string name) :_name(name) {
        }
    	//纯虚函数
    	virtual void bark() = 0;
    protected:
    	string _name;
    };
    //以下是动物实体类
    class Cat : public Animal
    {
        
    public:
    	Cat(string name) :Animal(name) {
        }
    	void bark() {
         cout << _name << " bark: miao miao!" << endl; }
    };
    class Dog : public Animal
    {
        
    public:
    	Dog(string name) :Animal(name) {
        }
    	void bark() {
         cout << _name << " bark: wang wang!" << endl; }
    };

int main()
    {
        
    	Animal *p1 = new Cat("加菲猫");//vfptr -> Dog vftable
    	Animal *p2 = new Dog("二哈");//vfptr -> Cat vftable
    
    	int *p11 = (int*)p1;
    	int *p22 = (int*)p2;
    	//交换 int类型 4字节 
    	int tmp = p11[0];//p11[0]访问的就是Cat的前4个字节
    	p11[0] = p22[0];//p22[0]访问的就是Dog的前4个字节
    	p22[0] = tmp;
        //把Cat和Dog的前4字节交换了，也就是两个对象的vfptr交换了 
    	p1->bark();//p1 -> Cat vfptr -> Dog vftable  Dog的bark
    	p2->bark();//p2 -> Dog vfptr -> Cat vftable  Cat的bark
    
    	delete p1;
    	delete p2;
    	
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][be7ab6a65e0c4c0ea29cd1029813c655.png]

## 第二题 ##

class Base
    {
        
    public:
    	virtual void show(int i = 10)
    	{
        
    		cout << "call Base::show i:" << i << endl;
    	}
    };
    class Derive : public Base
    {
        
    public:
    	void show(int i = 20)//覆盖和形参的默认值是多少没有关系的 
    	{
        
    		cout << "call Derive::show i:" << i << endl;
    	}
    };
    int main()
    {
        
    	Base *p = new Derive();//要把基类的析构函数设置成虚析构函数
    	/*
    	push 0Ah => 函数调用，参数压栈是在编译时期就确定好的
    	mov eax, dword ptr[p]
    	mov ecx, dword ptr[eax]
    	call ecx
    	*/
    	p->show();
    	//看Base作用域的show是虚函数，发生动态绑定，p指向的是派生类对象， p-> Derive vfptr -> Derive vftable
    	delete p;
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][1898b2bb7e34420bbaa7951c301ca2e1.png]  
**动态绑定，调用的是派生类的show方法，但是为什么打印出来的形参默认值i值是基类show的默认值？**

p->show();

**我们转去反汇编看看**

调用一个函数的时候，先压参数，对于参数带默认值的函数，用户传什么实参，
    就压传入的实参，如果用户没有传实参，就压入形参的默认值到栈上。
    动态绑定最终调用派生类的show方法是在运行时发生的，在编译阶段
    p仅仅是Base类型，编译器只能看到基类Base的show方法，编译的时候
    编译器看到这个show方法，调用这个show的指针p是Base类型的，
    就去Base类型里面找到这个show，把这个show的默认值10push入栈
    
    push 0Ah => 函数调用，参数压栈是在编译时期就确定好的
    	mov eax, dword ptr[p]//这就是动态绑定的操作了
    	mov ecx, dword ptr[eax]//放的是虚函数表的地址
    	call ecx

**真真正正调用的时候，不管最终是动态绑定哪个函数，只要是show方法，它的形参的压栈的值始终是固定的10，和派生类的show的参数默认值没有关系了**  
**函数调用，参数压栈是在编译时期就确定好的，因为生成的指令中已经确定好了**  
在继承结构中，给基类，派生类的同名覆盖方法添加默认值，而且默认值还不同，就没有意义了。基类指针或者引用指向派生类对象进行调用的时候，派生类的虚函数的形参默认值是永远都用不到。

## 第三题 ##

**把派生类的show方法改成私有的。请问能不能调用成功？**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
是可以正常调用的  
![在这里插入图片描述][4ac9df548b77457e96d742e0b1435beb.png]  
**为什么？**  
指针p最终能调用到Derive的show方法是在运行时期才确定的。（指令发生动态绑定）（运行时，成员变量成员方法，内存都是可以访问的）  
成员方法能不能调用，就是说方法的访问权限是不是public，这个是在编译阶段就要确定好的。（访问限定符就是控制在编译阶段，看用户写的代码符不符合语法的规范）  
**所以，编译器在编译时只能看见p指针（基类指针）调用的show方法**，它在编译阶段只能看见Base里的show是什么样的，Base里的show是public，所以编译器放行了，可以调用。但至于最终调用的是基类的方法还是派生类的方法，得看汇编形成的是静态绑定还是动态绑定，静态绑定肯定调用的是基类方法，动态绑定靠的是寄存器ecx，只有在运行的时候才知道，放一个虚函数地址在寄存器，然后再从寄存器取出虚函数的地址进行调用。

**如果是把基类的show方法设置成private，就不能调用成功了。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
**编译器在编译的时候看到p是Base类型的，看到的是Base::show（），看到是show是私有的，不能调用！！！编译都通不过，哪来的运行呢？？？**  
![在这里插入图片描述][a1f0d6a8b3ed45808a4763b54e7877a6.png]  
**换成派生类的指针就可以调用了，编译器编译的时候看到的就是Derive::show了，是公有的，可以调用，编译通过，然后看到show是虚函数，就动态绑定，最终调用的也是Derive::show()**  
![在这里插入图片描述][b6559bdc42df47b9b98d7c47fb5ffec5.png]  
![在这里插入图片描述][8581dadb32634946a5b0952fab199da6.png]

## 第四题 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
**这两段代码，运行起来，是正确的还是错误的？**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

![在这里插入图片描述][f3ab154d526d4de485434fc246e5b19a.png]  
**代码运行起来有问题。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
![在这里插入图片描述][2beccbdbdc0444f5ac5c164f511da1aa.png]  
**代码运行OK**

**我们先来分析第一个代码**  
![在这里插入图片描述][cf75e526d8d24ca3ae8ce8fcf49e2f19.png]  
基类指针指向基类对象，基类对象的内存是这样的：  
在构造的时候调用了clear函数，把内存清0了，vfptr变成0地址了。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]  
然后pb1->show，进行动态绑定的时候，从虚函数指针取虚函数表，就访问不到了，而且0地址也是不能读不能写的，调用的时候出错了。  
![在这里插入图片描述][82940e1b976c49dc9efbbf48f1143f37.png]  
**我们来分析第二个代码**

![在这里插入图片描述][9ca861ba534b417fb3e885332a652c65.png]  
基类指针指向派生类对象。派生类对象的内存结构如下：  
首先是调用基类的构造，基类的内存空间清0了。然后调用派生类的构造。  
![在这里插入图片描述][232923b308dd434cbcbcd55756cb1ebb.png]  
也就是说，在指令上，一定有一个地方类型的vftable虚函数表的地址要写入vfptr虚函数指针里面。这个指令是在什么时候去写的？  
每一个函数从左括号到第一行代码之间，有指令生成，

Base()
    	{
        
    		/*
    		push ebp//把调用方函数的栈地址压进来
    		mov ebp, esp//ebp指向当前函数的栈底
    		sub esp, 4Ch//给当前函数开辟栈帧
    		rep stos esp<->ebp//当前函数栈帧初始化为0xCCCCCCCC(windows VS GCC/G++)//初始化工作做完之后，就执行当前函数的第一行指令
    		//但是注意：如果这个类里面有虚函数，生成的对象前4个字节有vfptr
    		//就是现在，函数栈帧开辟完，把虚函数表的地址给虚函数指针vfptr
    		//然后才是C++代码执行
    		vfptr <- &Base::vftable
    		*/
    		cout << "call Base()" << endl;
    		clear();
    	}

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]

当我们new一个Derive对象的时候，首先调用基类的构造函数，基类构造的时候把基类的虚函数表写入到基类的虚函数指针vfptr，然后调用clear，把vfptr指针的值变成0x00000，相当于这个虚函数指针没有指向什么东西了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

基类的构造函数调用完了，该调用派生类的构造函数了。  
派生类的构造函数压完栈，做完栈的初始化，继续把派生类的虚函数表的地址写入到虚函数指针里面。这样，指针调用show的时候，因为指针指向的是派生类对象，vfptr就是有效的，指向的是派生类的虚函数表，能够从派生类的虚函数表中取出派生类的show方法。  
clear只是在基类的构造函数中去调用而已。

class Base
    {
        
    public:
    	Base()
    	{
        
    		/*
    		push ebp
    		mov ebp, esp
    		sub esp, 4Ch
    		rep stos esp<->ebp 0xCCCCCCCC(windows VS GCC/G++)
    		vfptr <- &Base::vftable
    		*/
    		cout << "call Base()" << endl;
    		clear();
    	}
    	void clear() {
         memset(this, 0, sizeof(*this)); }
    	virtual void show()
    	{
        
    		cout << "call Base::show()" << endl;
    	}
    };
    class Derive : public Base
    {
        
    public:
    	Derive()
    	{
        
    		/*
    		push ebp
    		mov ebp, esp
    		sub esp, 4Ch
    		rep stos esp<->ebp 0xCCCCCCCC(windows VS GCC/G++)
    		vfptr <- &Derive::vftable
    		*/
    		cout << "call Derive()" << endl;
    	}
    	void show()
    	{
        
    		cout << "call Derive::show()" << endl;
    	}
    };
    int main()
    {
        
    	//Base *pb1 = new Base();
    	/*
    	mov eax, dword ptr[pb1]
    	mov ecx, dword ptr[eax] eax:0x00000000 不是Base::vftable
    	call ecx
    	*/
    	//pb1->show();//动态绑定
    	//delete pb1;
    
    	Base *pb2 = new Derive();
    	//动态绑定 call Derive::show()
    	/*
    	vfptr里面存储的是vftable的地址
    	vfptr <- vftable
    	*/
    	pb2->show(); 
    	delete pb2;
    
    	return 0;
    }

[be7ab6a65e0c4c0ea29cd1029813c655.png]: /images/20220829/c2d978a70e794f0db64cb31924fcff20.png
[1898b2bb7e34420bbaa7951c301ca2e1.png]: /images/20220829/c605b8b327694dafab24a8529deb937d.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/1e62d8d49e464d81b626865339ff67ee.png
[4ac9df548b77457e96d742e0b1435beb.png]: /images/20220829/f07e95c4b83f44fba9e9b06b6fc884d0.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/b131ec798dc443bb910a29274be23283.png
[a1f0d6a8b3ed45808a4763b54e7877a6.png]: /images/20220829/d66488691b8648178c1b20a771c14964.png
[b6559bdc42df47b9b98d7c47fb5ffec5.png]: /images/20220829/188f6705703c4296b63c9e1187738cbc.png
[8581dadb32634946a5b0952fab199da6.png]: /images/20220829/531c4fef8008419a8e5b3980b4648e42.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220829/9f3b6a918e7d4e47b1ef6ec0c888b538.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]: /images/20220829/109b3df1f83b49868dcb641683148748.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]: /images/20220829/517cc338dd0d4a8aa8f73644ef776b20.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]: /images/20220829/a4dbee03dc864f548f03f495bafa5240.png
[f3ab154d526d4de485434fc246e5b19a.png]: /images/20220829/0e6c4fd22a1a4e30895222d565c85ab7.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]: /images/20220829/6ecbb081ba4543aa83cd953544715d94.png
[2beccbdbdc0444f5ac5c164f511da1aa.png]: /images/20220829/e01ff9c7f4a24a9f8787b0c94b93a3ed.png
[cf75e526d8d24ca3ae8ce8fcf49e2f19.png]: /images/20220829/ce2269c65bd74bf0b77fd46cad278ff1.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]: /images/20220829/6201e276dcb74df68787a8fe3fe286f4.png
[82940e1b976c49dc9efbbf48f1143f37.png]: /images/20220829/56dd2c8759db4df3b73d62ee5984a224.png
[9ca861ba534b417fb3e885332a652c65.png]: /images/20220829/a6f8db3f0d0b42d5a56df4d810bbfbf9.png
[232923b308dd434cbcbcd55756cb1ebb.png]: /images/20220829/5770da39ad274366b6d38fdb800c8eeb.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]: /images/20220829/4bf00468bcb24372807ad4e4d1b7cea9.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/fe426d71b4694feb9488c625fa22a69c.png